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  • 电路交换
    千次阅读
    2016-05-24 11:07:04

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    概述

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    电路交换(CS:circuit switching)是通信网中最早出现的一种交换方式,也是应用最普遍的一种交换方式,主要应用于电话通信网中,完成电话交换,已有100多年的历史。
    电话通信的过程是:首先摘机,听到拨号音后拨号,交换机找寻被叫,向被叫振铃同时向主叫送回铃音,此时表明在电话网的主被叫之间已经建立起双向的话音传送通路;当被叫摘机应答,即可进入通话阶段;在通话过程中,任何一方挂机,交换机毁拆除已建立的通话通路,并向另一方送忙音提示挂机,从而结束通话。
    从电话通信过程的描述可以看出,电话通信分为三个阶段:呼叫建立、通话、呼叫拆除。电话通信的过程,即电路交换的过程,因此,相应的电路交换的基本过程可分为连接建立、信息传送和连接拆除三个阶段。

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    简介

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    每部电话都连接到交换机上,而交换机使用交换的方法,让电话用户之间可以很方便地通信。一百多年来,电话交换机虽然经过了多次更新换代,但交换的方式一直都是电路交换。 当电话机数量增多,就使用彼此连接起来的交换机来完成全网的交换工作。注意,是这种交换机采用
    电路交换
    电路交换
    了电路交换的方式,后来的分组交换也是采用了一样的电信网,只是不一样类型的交换机(当然协议也不同)。
    从通信资源的分配角度来看,“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。
    在使用电路交换打电话之前,先拨号建立连接:当拨号的信令通过许多交换机到达被叫用户所连接的交换机时,该交换机就向用户的电话机振铃;在被叫用户摘机且摘机信号传送回到主叫用户所连接的交换机后,呼叫即完成,这时从主叫端到被叫端就建立了一条连接。通话过程。通话结束挂机后,挂机信令告诉这些交换机,使交换机释放刚才这条物理通路。这种必须经过“建立连接–通信–释放连接”三个步骤的连网方式称为面向连接的。电路交换必定是面向连接的。
    用户到交换机之间的叫用户线,归电话用户专用。交换机之间、许多用户共享的叫中继线,拥有大量的话路,正在通话的用户只占用其中的一个话路,在通话的全部时间里,通话的两个用户始终占用端到端的固定传输带宽。
    例如:我们假设有A、B两个城市,每个城市都有一部交换机并有一千个用户,两个交换机之间用1000条中继线连接着。那么,如果我们说:在A城的两个用户之间建立一条电路,我们指的是把两条用户线路通过A城的交换机联接起来。但当我们说:在A城的一个用户和B城的一个用户之间建立一条电路时,我们指的就是由A城的用户线路经A城交换机联接到A、B城之间的一条中继线路,再经B城交换机联接到B城的用户线路上。由于经济上的原因,中继线路总是大大少于用户线路,并且为所有用户所共享。那么,当我们占用了一条中继线路以后,即使我们不传送信息,别人也不能使用,这就是电路交换最主要的缺点。
    在电话通信中,由于讲话双方总是一个在说,一个在听,因此电路空闲时间占大约50%。
    第一代计算机网络所使用的是什么工作机制? 电路交换就是通信的过程中维持的是实际的电子电路(物理线路),这条电子电路建立后用户始终占用从发送端到接收端的固定传输带宽。[1]

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    主要特点

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    1、信息传送的最小单位是时隙;
    2、面向连接;
    3、同步时分复用;
    4、信息传送无差错控制;
    5、基于呼叫损失的流量控制;
    6、信息具有透明性。电路交换的特征: ((电路交换中电路可能是固定存在的,也可以是根据需要建立的。)
    独占性
    在建立电路之后、释放线路之前,即使站点之间无任何数据可以传输,整个线路仍不允许其他站点共享。就和打电话一样,人们讲话之前总要拨完号之后把这个连接建立,不管你讲不讲话,只要不挂机,这个连接是专为你所用的,如果没有可用的连接,用户将听到忙音。因此线路的利用率较低,并且容易引起接续时的拥塞。
    实时性好
    一旦电路建立,通信双方的所有资源(包括线路资源)均用于本次通信,除了少量的传输延迟之外,不再有其他延迟,具有较好的实时性。从电路交换的工作原理看出,电路交换会占用固定带宽,因而限制了在线路上的流量以及连接数量。电路交换设备简单,无需提供任何缓存装置。用户数据透明传输,要求收发双方自动进行速率匹配。
    电路交换方式的优点是数据传输可靠、迅速,数据不会丢失,且保持原来的序列。缺点是在某些情况下,电路空闲时的信道容量被浪费;另外,如数据传输阶段的持续时间不长,电路建立和拆除所用的时间就得不偿失。因此,它适用于远程批处理信息传输或系统间实时性要求高的大量数据传输的情况。这种通信方式的计费方法一般按照预订的带宽、距离和时间来计算。
    可靠性高
    由于电路交换对线路资源的独占性,使得通信过程中,数据传输可靠、迅速、数据不会丢失,基本不会出现抖动现象,通信可靠性高,延时也非常小,仅仅是电磁信号传输时所花费的延时。

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    阶段

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    整个电路交换的过程包括建立线路、占用线路并进行数据传输和释放线路三个阶段。下面分别予以介绍。
    电路建立
    如同打电话先要通过拨号在通话双方间建立起一条通路一样,数据通信的电路交换方式在传输数据之前也要先经过呼叫过程建立一条端到端的电路。它的具体过程如下。
    ①发起方向某个终端站点(响应方站点)发送一个请求,该请求通过中间节点传输至终点。
    ②如果中间节点有空闲的物理线路可以使用,接收请求,分配线路,并将请求传输给下一中间节点;整个过程持续进行,直至终点。如果中间节点没有空闲的物理线路可以使用,整个线路的连接将无法实现。仅当通信的两个站点之间建立起物理线路之后,才允许进入数据传输阶段。
    ③线路一旦被分配,在未释放之前,其他站点将无法使用,即使某一时刻,线路上并没有数据传输。
    数据传输
    电路交换连接建立以后,数据就可以从源节点发送到中间节点,再由中间节点交换到终端节点。当然终端节点也可以经中间节点向源节点发送数据。这种数据传输有最短的传播延迟,并且没有阻塞的问题,除非有意外的线路或节点故障而使电路中断。但要求在整个数据传输过程中,建立的电路必须始终保持连接状态,通信双方的信息传输延迟仅取决于电磁信号沿媒体传输的延迟。
    电路拆除
    当站点之间的数据传输完毕,执行释放电路的动作。该动作可以由任一站点发起,释放线路请求通过途经的中间节点送往对方,释放线路资源。被拆除的信道空闲后,就可被其他通信使用。

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  • 电路交换和分组交换

    千次阅读 2020-10-31 23:00:03
    而为了弄清分组交换,我们必须了解一下电路交换电路交换 所谓交换,我理解的就是指双方通信时,数据的交换。数据传输的方式有几种,而电路交换便是其中的一种。 1.原理 假如A和B之间要通信,如果采用电路交换...

    谈到网络通信,就不得不说一下分组交换,因为网络通信就是使用的分组交换技术。而为了弄清分组交换,我们必须了解一下电路交换。

    电路交换

    所谓交换,我理解的就是指双方通信时,数据的交换。数据传输的方式有几种,而电路交换便是其中的一种。

    1.原理

    假如A和B之间要通信,如果采用电路交换的方式,那么首先要找到从A到B的一条可行路径,建立好传输通道,然后再进行数据的传输。我们把找到一条可行路径并建立会话的过程,称为电路交换的第一阶段--建立连接。之后A和B在通信的过程中会始终霸占着这条路径,数据传输的过程称为电路交换的第二阶段--数据传输。接着,双方通信完毕,就会进入电路交换的第三阶段,也就是最后一个阶段--释放连接。通过图片会更加容易理解其过程:

    2.应用

    电路交换应用在我们熟悉的打电话的场景。在使用电话交换线路之前,必须先拨号请求建立连接。当被叫用户听到交换机送来的振铃音并摘机后,从主叫端到被叫端就建立了一条连接,也就是一条专用的物理线路,然后双方才能进行正常通话,直到有一方挂断了电话。整个过程经历了"建立连接(占用通信资源)->数据传输(通话过程一直占用通信资源)->释放连接(归还通信资源)"三个步骤。

    3.分析

    电路交换的一个重要特点就是在通话的全部时间内,通话的两个用户始终占用端到端的通信资源,而已被占用的通信线路资源又在绝大部分时间里是空闲的,这造成传输效率往往很低。所以,电路交换的缺点很明显,通信资源利用率低。而优点是数据传输速度快,实时到达。

    好了,了解电路交换之后,接下来详细说一下分组交换。这时候我们可以思考下,网络通信采取电路交换应该是怎么样的?

     

    分组交换

    提到分组交换,必须要先说一下路由器,路由器是实现分组的关键构件,其任务是转发收到的分组。如果还不知道路由器是什么的,可以先去了解一下。

    1.分组的概念

    我们把要发送的整块数据称为报文,在发送报文之前,先把较长的报文划分成为一个个更小的等长数据段,在每一个数据段前面,加上一些由必要的控制信息组成的首部(header),就构成了一个分组(packet)。分组是在互联网中传送数据的单元。分组中的首部包含了诸如目的地址和源地址等重要控制信息,每一个分组才能在互联网中独立地选择传送路径,并被正确地交付到分组传输的终点。

    2.原理

    互联网的核心部分是由许多网络和把它们互连起来的路由器组成的,而主机处在互联网的边缘部分。分组交换的核心是采用存储转发技术,把一个报文划分为几个分组后再利用路由器来进行转发。路由器收到一个分组,先暂时存储一下,检查其首部,查找转发表,按首部中的目的地址,找到合适的接口转发出去,把分组交给下一个路由器。这样一步一步地以存储转发的方式,把分组交付给最终的目的主机。各路由器之间必须经常交换批次掌握的路由信息,以便创建和动态维护路由器中的转发表,使得转发表能够在网络拓扑发送变化时及时更新。

    当主机H1向H5发送数据时,H1->A->C->E->H5或H1->A->B->E->H5,根据某个路由器的繁忙程序选择合适的路由把数据传给H5主机(网络拓扑的存在)。需要注意的是,当分组在H1和A之间传送时,只占用H1->A这条链路,其他链路均不占用。当数据在A->B之间传送时,H1->A又可以被其他分组占用。分组在传输时这样一段一段地占用通信资源,而且省去建立连接和释放连接的开销(路由器会查找转发表,来寻找合适的链路),因此数据的传输效率更高。

    3.特点 

    从分组交换的机制,我们可以看出以下几个特点:

    • 每个分组的首部都携带有目的地址和源地址等重要控制信息,可以独立地选择传送路径,也就是说每个分组可能走不同的路径到达目的主机。
    • 无法保证分组到达目的主机的时序性,无法保证某个分组一定比另外一个分组先到达或者后达到。
    • 路由器的容量是有限的,分组有可能被路由器丢弃。
    • 路由器解析分组携带的控制信息会造成一定开销,分组在路由器中排队转发,有一定时延。

    4.分析

    路由器暂时存储的是一个个短的分组,而不是整个报文。分组在路由器的内存中而不是在磁盘中。这就保证了较高的交换效率。分组交换的优点:

    • 高效:动态分配传输带宽,对通信链路是逐段占用
    • 灵活:分组独立选择合适的路由
    • 迅速:可以不建立连接就能向其他主机发送数据
    • 可靠:保证可靠的网络协议;分布式多路由的分组交换网,使网络有很好的生存性

    分组交换的缺点:

    分组交换会带来一些时延,因为分组在路由器存储转发时需要排队。分组携带的控制信息也造成了一定的开销。

     

    总结一下:分组是将报文分为一个个小的数据段;交换指分组在各个路由器之间相互转发。

     

     

     

    参考:https://blog.csdn.net/ma2595162349/article/details/91406690

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  • 电路交换、报文交换与分组交换

    千次阅读 2022-01-27 18:36:41
    计算机网络三种数据交换

    三种数据交换方式的比较

    通过数据交换将数据从源主机发送到目的主机。
    数据交换的原因:网络规模大、距离远,不可能给每两台主机之间都建立一条直接的数据通路。
    1.电路交换
    在进行数据传输前,两个结点之间必须先建立一条专用的物理通信路径,该路径可能会经过许多中间结点。这一路径在整个数据传输期间一直被独占,直到通信结束后才被释放。因此,电路交换技术分为三个阶段:连接建立、数据传输和连接释放。
    在这里插入图片描述
    电路交换的优点:
    1.通信时延小。由于通信线路为通信双方专用,数据直达,因此传输数据的时延非常小。
    2.有序传输。双方通信时按发送数据的顺序传送数据,不存在失序的问题。
    3.没有冲突。
    4.适用范围广:电路交换既适用于传输模拟信号,又适用于传输数字信号。
    电路交换的缺点:
    1.建立连接时间长。
    2.线路独占。使用效率低。
    3.灵活性差。只要在通信双方建立的通路中的任何一点出了故障,就必须重新拨号建立新的连接。

    电路建立后,除源结点和目的结点外,电路上的任何结点都采取“直通方式”接收数据和发送数据,不会存在存储转发所耗费的时间。

    2.报文交换
    数据交换的单位是报文,报文携带有目标地址、源地址等信息。报文在交换结点采用的是存储转发的传输方式。
    报文交换的优点:
    1.无须建立连接。2.动态分配线路。当发送方把报文交给交换设备时,交换设备先存储整个报文,任何选择一条合适的空闲线路,将报文发送出去。
    3.提高线路的可靠性。当某条线路发生故障时,可选择另一条路径传输数据。
    4.提高线路利用率。通信双方不是固定占有一条通信线路,而是在不同的时间一段一段地部分占有这条物理线路。
    报文交换的缺点:
    1.由于数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程,因此会引起转发时延。
    2.报文交换对报文的大小没有限制,这就要求网络结点有较大的缓存空间。

    3.分组交换
    分组交换也采用存储转发的方式,但是解决了报文交换中大报文传输的问题。分组交换限制了每次传送的数据块的大小的上限,把大的数据块划分为合理的小数据块,再加上一些控制信息,组成分组。网络结点根据控制信息把分组送到下一个结点,下一个结点接收到分组后,暂时保存并等待传输,然后根据分组控制信息选择它的下一个结点,直到到达目的结点。

    分组交换的优点:
    1.无建立时延。
    2.线路利用率高。
    3.简化了存储管理。因为分组长度固定,相应的缓冲区大小也固定,在交换结点中存储器的管理通常被简化为对缓冲区的管理,相对比较容易。
    4.加速传输。分组是逐个传输的,可以使后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作并行。
    5.减少了出错概率和重发数据量。因为分组较短,出错概率也相应减少,所以每次重发的数据量也大大减少。
    分组交换的缺点:
    1.存在传输时延。
    2.需要传输额外的信息量。每个小数据块都要加上源地址、目的地址和分组编号等信息,从而构成分组一定程度上降低了通信效率。
    3.当分组交换数据报服务时,可能会出现失序、丢失或重复分组,分组到达目的结点时,要对分组进行按编号进行排序等工作。

    在这里插入图片描述

    三种数据交换方式的比较
    1.要传送的数据量很大,且传送时间远大于呼叫时间,采用电路交换合适。
    2.端到端的通路由许多段链路组成时,采用分组交换传送数据比较合适。
    3.从提高整个网络的信道利用率上看,报文交换和分组交换优于电路交换,其中分组交换比报文交换的时延小,尤其适合计算机之间的突发式数据传送。

    数据报与虚电路的比较
    在这里插入图片描述

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  • 电路交换、报文交换、分组交换

    万次阅读 2020-11-26 17:40:14
    文章目录电路交换概念过程特点缺点分组交换概念过程特点优点缺点报文交换概念三种交换技术对比 电路交换 概念 在电话问世后不久,人们就发现,要让所有的电话机都两两直接相连是不现实的。 (a) 两部电话只需要用一对...

    电路交换

    概念

    在电话问世后不久,人们就发现,要让所有的电话机都两两直接相连是不现实的。
    (a) 两部电话只需要用一对电线就能够互相连接起来。
    (b) 但若有 5 部电话要两两相连,则需要 10 对电线。显然,若 N 部电话要两两相连,就需要 N(N-1)/2 对电线。当电话机的数量很大时,这种连接方法需要的电线数量就太大了,难以实现。
    (c) 后来,人们认识到,要使得每一部电话能够很方便地和另一部电话进行通信,就应当使用电话交换机将这些电话连接起来。交换机使用交换的方法,让电话用户彼此之间可以很方便地通信。电话交换机使用的就是电路交换(circuit switching)
    在这里插入图片描述
    交换(switching)就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。

    过程

    建立连接(占用通信资源)→ 通话(一直占用通信资源)→ 释放连接(归还通信资源)

    特点

    在通话的全部时间内,通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。

    缺点

    1. 电路交换的平均建立时间对计算机通信来说嫌长。
    2. 电路交换建立连接后,物理通路被通信双方独占,即使此时不进行数据传输(通信线路空闲),也不能供其他用户使用,因而线路利用率低。
    3. 电路交换时,数据直达,不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信,也难以在通信过程中进行差错控制。

    分组交换

    概念

    分组交换采用存储转发技术。如下图所示,把一个报文划分为几个分组后再进行传送。
    每一个数据段前面,加上一些由必要的控制信息组成的首部(header)后,就构成了一个分组(packet)。分组又称为“包”,而分组的首部也可以称为“包头”。分组是在互联网中传送的数据单元。分组中的“首部”是非常重要的,正式由于分组的首部包含了诸如目的地址和源地址等重要控制信息,每一个分组才能在互联网中独立地选择传输路径,并被正确地交付到分组传输地终点。
    在这里插入图片描述

    过程

    主机是为用户进行信息处理的,并且可以和其他主机通过网络交换信息。
    路由器则是用来转发分组的,即进行分组交换的。
    路由器收到一个分组,先暂时存储一下,检查其首部,查找转发表,按照首部中的目的地址,找到合适的接口转发出去,把分组交给下一个路由器。这样一步一步地(有时会经过几十个不同的路由器)以存储转发的方式,把分组交付最终的目的主机。各路由器之间必须经常交换彼此掌握的路由信息,以便创建和动态维护路由器中的转发表,使得转发表能够在整个网络拓扑发生变化时及时更新。
    在这里插入图片描述

    特点

    分组交换在传送数据之前不必先占用一条端到端的链路的通信资源。分组在哪段链路上传送才占用这段链路的通信资源,如,主机 H1 将分组发送给路由器 A 时,只占用 H1-A 这条通信线路,其他线路可以同时进行其他分组转发。
    分组到达一个路由后,先暂时存储下来,查找转发表,然后从一条合适的链路转发出去。分组在传输时就这样一段一段地断续占用通信资源,而且还省去了建立连接和释放连接地开销,使得通信线路地利用率大大提高。

    优点

    在这里插入图片描述

    缺点

    分组交换也带来一些新的问题。例如,分组在各路由器存储转发时需要排队,这就造成了一定的延时。此外,由于分组交换不像电路交换那样通过建立连接来保证通信时所需的各种资源,因而无法确保通信时端到端所需的带宽。
    分组交换带来的另一个问题是各分组必须携带的控制信息也造成了一定的开销(overhead)。整个分组交换网还需要专门的管理各控制机制。

    报文交换

    概念

    从本质上讲,分组交换这种断续分配传输带宽的存储转发原理并非是完全新的概念。自古代就有的邮政通信,就其本质来说也属于存储转发方式。而在 20 世纪 40 年代,电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换(message switching)。在报文交换中心,一份份电报被接收下来,并穿成纸带。操作员以每份报文为单位,撕下纸带,根据报文的目的站地址,拿到相应的发报机转发出去。这种报文交换的时延较长,从几分钟到几小时不等。现在报文交换已不使用了。分组交换虽然采用了这个古老的交换原理,但是由于计算机的算力加持,实际上已经变成了一种崭新的交换技术。

    三种交换技术对比

    电路交换——整个报文的比特流连续地从源点直达终点,好像在一个管道中传送。
    报文交换——整个报文先传送到相邻节点,全部存储下来后查找转发表,转到下一个结点。
    分组交换——单个分组(这只是整个报文地一部分)传送到相邻结点,存储下来后查找转发表,转发到下一个结点。
    在这里插入图片描述
    从上图可以看出,若要连续传送大量的数据,且其传送时间远大于连接建立时间,则电路交换的传输速率较快。报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽,在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度,因此分组交换比报文交换的时延小,同时也具有更好的灵活性。

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